apelin/APJ系统的结构与功能研究进展

血管紧张素受体AT1相关受体蛋白(putative receptor protein related to the angiotensin receptor AT1，APJ)是由加拿大学者O’Dowd于1993年首次报道，随后日本学者Tatemoto于1998年发现了APJ的天然配体，并命名为apelin，由此掀起了众多学者对apelin/APJ的研究热潮。apelin/APJ广泛存在于多种组织器官中，并发挥着重要的生物学作用，目前已有报道其参与调节心血管系统的功能，对心血管疾病的发生发展起到一定的作用；参与多种激素的分泌调节，如能够减少抗利尿激素释放，调节垂体激素的分泌，干预胰岛素的合成等；apelin/APJ还广泛参与了正性肌力作用、生物节律的调节作用、肿瘤的发生发展、脑缺血再灌注损伤的修复、抑制人类免疫缺陷病毒入侵等。随着人们对apelin/APJ研究的深入，对其结构和在各系统中功能的认识也逐渐清晰。本文着重对apelin/APJ在心血管及消化等系统等的功能作一综述。

APJ含有7个跨膜单元和308个氨基酸，属于G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors, GPCRs)的家族成员。GPCRs是最大的跨膜蛋白家族，主要负责细胞外信号转导。虽然人类APJ与血管紧张素Ⅰ型受体(ATⅠ)的疏水跨膜区域的同源性为40%~50%，却不能与血管紧张素Ⅱ结合[1]。有很多关于这两种受体之间互相作用的研究，有学者报道了APJ和AT1可以形成二聚体，从而起到抑制血管紧张素1型受体作用的效果[2]。

apelin是APJ的内源性配体，最初从牛胃匀浆中分离出来的。apelin的前体是含有77个氨基酸的多肽原，它的C末端有23个氨基酸，这些氨基酸是恒定的。在apelin的前体肽中有一系列的氨基酸残基，这些氨基酸残疾相互配对，它们是蛋白裂解的潜在位点，在这些部位内肽酶可以对前体肽进行剪切，经过剪切的前体肽就形成了多个含有C末端片段的、成熟的多肽，如apelin-12、apelin-13、apelin-17和apelin-36等，这些都是APJ的内源性激动剂[3]。目前对apelin如何降解、失活的机制，尚无统一的说法。早期的文献曾报道了血管紧张素转换酶2 (angiotensin-converting enzyme 2，ACE2)可以切除apelin-13和apelin-17 C末端的苯丙氨酸，但上述作用并没有使该多肽失活[4]。近期研究表明重组人ACE2可以切割pyr-apelin-13和apelin-17、造成血管及心脏系统apelin水平下降[5]。

apelin/APJ对血压的调节可通过多种途径来实现。apelin及其受体APJ在中枢神经系统的海马回和下丘脑视上和室旁核中广泛表达，可减少血管加压素的释放和促进血浆中促肾上腺皮质激素和肾上腺素的合成，从而降低血压[6]。apelin在心血管系统中能够通过多种方式改变血管张力从而调控血压：一方面，apelin在生理和病理情况下apelin均可拮抗血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)的作用，削弱肾素血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS)的作用[7]，即AngⅡ充当的角色是提高血管张力、引起血压升高，而apelin充当的角色是作为舒张血管的因子，起到舒血管、降血压的作用。另一方面，apelin也能够通过血管内皮途径达到降血压的作用，这种功能与APJ和eNOS密切相关。虽然apelin在NOS被抑制后能够表现出短暂的升高血压的效果，但在正常的生理状态下，apelin占主导地位的作用表现为降低血压[8]。在一定条件下，apelin也具有升血压的作用，在内皮细胞受损的情况下，apelin能够引起缩血管效应，从而引起血压升高。出现这种现象的机理可能是内皮细胞受损，导致NOS的生成受到抑制，由apelin-13引起的短暂地血管收缩，使得血管张力升高，表现出升血压的效果[9]。Modgil等通过研究报道了apelin-13可以使BKCa通道的电流密度明显降低，并通过磷脂酰肌醇3-激酶信号途径的激活，达到抑制BKCa通道开放，引起血管收缩，升高血管张力，从而引起血压升高[10]。此外，有研究表明apelin可以通过直接作用于平滑肌细胞，使人的大隐静脉和内乳动脉收缩，也能在一定程度上引起血压升高的效果[11]。

目前已有研究证实了apelin /APJ系统和高血压之间存在一定的相关性。患有自发性高血压的大鼠与正常大鼠相比，其心血管系统中apelin的蛋白表达量以及apelin和APJ的mRNA表达量明显较低。也有学者提出高血压患者通过适量的有氧运动或使用反式维甲酸长期治疗，能够提高apelin和APJ的表达量，达到改善降压的效果[12]。这一观点与apelin具有降压效果观点一致。

有研究机构已经明确了心脏疾病与apelin /APJ系统之间具有较高的相关性。在早期心力衰竭患者的血浆中apelin水平升高，而晚期心力衰竭患者的血浆中apelin水平与正常人相比较为接近或偏低，这一现象有力地证实了心脏疾病与apelin /APJ系统之间存在相关性。另外，有学者对接受心脏再同步治疗或是植入左心室辅助装置的患者进行了研究，得出了上述治疗能使心力衰竭患者的血浆apelin水平升高[13]。由此可见，在心脏疾病的早期阶段，由于apelin具有增强心肌收缩力、改善组织血供等作用，可作为一种代偿性保护机制，表达水平升高，从而起到代偿的作用。但是，到了疾病的晚期阶段，正性肌力作用引起了心肌对氧需求量的增加、对心脏及外周血管带来了潜在的损伤，apelin和APJ的表达会有所下降[14]。此外，还有研究表明apelin参与了动脉硬化的发生，在动脉粥样硬化的血管中检测到apelin表达水平明显升高[15]。上述研究均表明apelin与心血管疾病的发生存在密切联系。

目前已有文献报道了apelin和APJ在啮齿类动物的胚胎发育期和成年期胃肠道的多个区域均有表达，这在一定程度上表明apelin /APJ系统参与了胃肠功能的调节过程。在调节胃肠功能的过程中，表现出的作用主要包括促进胃肠道多种细胞的增殖，调节胆囊收缩素和胃酸的分泌等[16]。在调节食欲的下丘脑区域外侧区内apelin和APJ mRNA的高表达也证明了apelin也可能参与了食欲的调节。有研究机构曾报道了侧脑室注射apelin-13能够通过抑制小鼠远端结肠蠕动节律，延长食物的通过时间和抑制排便，这一作用主要是由APJ和阿片受体介导。然而，也有研究证实了apelin-13对小鼠离体远端结肠的收缩没有影响[17-18]。表明apelin主要是通过中枢神经系统完成调节胃肠运动的作用。

apelin作为一种脂肪因子还可通过参与脂肪代谢调节肥胖的发生。胰岛素的水平、饮食行为、生长素的水平等多种因素均与apelin在脂肪组织中表达有关。有文献报道过胰岛素对脂肪组织表达apelin有促进作用，但apelin又能够反馈抑制胰岛素的分泌[19]。另有学者发现人类个体血浆的apelin水平与体重指数存在明显的正相关性，肥胖患者血浆和脂肪组织中的apelin表达水平明显升高，但通过控制饮食、适量有氧运动、减重等方式，又可以使apelin表达水平降低。Chaves等通过对肥胖小鼠研究发现apelin升高的决定性因素是胰岛素水平、而不是脂肪含量，这提示apelin表达量的升高是对肥胖引起的高胰岛素血症的一种代偿性反应[20]。

apelin对血管生成的生物和临床意义已经公认。多项研究表明，apelin和APJ受体能通过促进内皮细胞和平滑肌细胞的分裂，对血管系统的形成及发育也有一定的作用[21]。在鼠类胚胎血管及新生小鼠的视网膜血管中aplein和APJ均呈现高表达状态。但是在缺失apelin基因的小鼠中表现出视网膜血管的滞后发育，在胚胎发育期间也可能引起肌节间的血管狭窄[22]。有研究结果证实apelin-13对血管平滑肌细胞的增殖具有明显的促进作用，这一促进作用可能与apelin能够加快细胞周期进程促进有丝分裂过程中G0/G1向S期的转化有关[23]。

apelin不仅对生理性血管新生有促进作用，对病理性血管新生也具有促进作用。apelin能促进肝硬化大鼠的肝脏血管新生，肝硬化引起门脉高压引起侧支循环的建立和内脏血管瘤的形成过程都有它的参与[24]。此外，也有学者证实对肿瘤组织中血管的新生apelin也参与并起到了促进作用[25]。

由于心血管系统疾病和肥胖都与炎症反应密切相关，apelin /APJ系统和炎症之间是否存在相关性的问题由此提出。有研究表明，TNF-α、IL-6、INF-γ等许多炎症因子均可以促进apelin的表达，血浆apelin水平与炎症因子之间呈明显正相关[26]。从上述结果可以推测，在炎症状态下apelin表达水平的上调是机体的一种保护性的代偿反应，通过上调apelin的表达水平可以抑制胰岛素抵抗、代谢紊乱和减少心血管事件的发生。也有研究表明apelin /APJ系统还参与HIV对CD4+细胞的感染过程[27]。

大量证据表明apelin/APJ可以通过激活PI3K/AKT信号通路以及ERK信号通路，抑制神经元死亡、促进血管新生，从而减轻脑缺血损伤并促进恢复[28-29]。脑缺血-再灌注后损伤的重要机制之一是氧化应激，线粒体氧化应激产生过多的活性氧物质(reactive oxygen species, ROS)，反过来加重线粒体损伤。有报道，apelin可以激活MAPK/ERK信号通路，从而提高抗氧化酶超氧化物歧化酶(super oxide dismutase, SOD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)以及谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)的活性[30-31]，apelin还可以抑制线粒体ROS的产生[32]。脑缺血诱发的炎症反应是损伤的另一重要机制，apelin可以抑制炎性细胞因子的产生，如IL-1β、TNF-α等[33]。另外，apelin可以抑制内质网应激降低神经元凋亡率，抑制神经元自噬减轻创伤性脑损伤[34]。

总之，apelin /APJ广泛存在于各种组织器官中，并且在心血管系统、消化系统、内分泌及代谢系统以及血管新生、炎症反应、神经保护等方面起到了一定的作用。鉴于其在调控心输出量、调节血管舒缩从而调节血压、改善中枢神经系统疾病后的神经保护作用、调制肿瘤血管生成等效应，apelin/APJ系统有望开发为新的治疗靶点，成为循环系统疾病、神经系统疾病、肿瘤等新的治疗药物。APJ与其他G蛋白偶联受体的异源二聚化，及其对下游信号通路的影响，为相关疾病的机制研究与药物开发提供了新思路，指示了新方向。另外，关于apelin/APJ自身代谢、胞内信号转导及其在各系统的生理、病理生理作用，仍有许多未知，尚需进一步研究。